KR101518402B1 - 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치 - Google Patents

정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 패턴층을 순차적으로 적층하여 3차원 형상을 구현하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 대한 것으로, 고체 상태의 피인쇄물질을 제공받으며, 내부에서 고체 상태의 피인쇄물질을 용융시킴으로써 기판 또는 상기 기판 상측에 형성되는 패턴층을 향하여 액체 상태의 피인쇄물질을 토출하는 노즐부; 상기 노즐부 측으로 고체 상태의 액체를 제공하는 저장부; 상기 노즐부 내부에서 고체 상태의 액체가 액체 상태의 액체로 용융되도록 상기 노즐부를 가열하는 가열부; 상기 기판과 상기 노즐부 사이에 전기장을 형성하되, 상기 노즐부로부터 액체 상태의 피인쇄물질이 토출되도록 상기 노즐부에 전압을 인가하는 전압공급부; 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 조절하도록 상기 노즐부에 인가되는 전압의 세기를 제어하는 제어부;를 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치가 제공된다.

Description

정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치{FUSED DEPOSITION MODELLING (FDM) PRINTING APPARATUS USING ELECTROSTATIC FORCE}
본 발명은 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 용융 침착 모델링 방식에 비해 토출되는 기재의 선폭을 미세하게 조절할 수 있어 3차원 형상을 정교하게 인쇄할 수 있는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 관한 것이다.
최근에는 2차원 프린터(2D printer) 뿐만 아니라 3차원의 입체물을 프린팅할 수 있는 3차원 프린터(3D printer)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
여기서, 3차원 프린터는 설계 데이터에 따라 액체 또는 파우더 형태의 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 가공·적층방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장비이다.
이는, 3차원 CAD에 따라 생산하고자 하는 형상을 레이저와 파우더 재료를 활용하여 신속 조형하는 기술을 의미하는 RP(Rapid Prototyping)에서 유래되었다. 입체형상의 재료를 기계가공 또는 레이저를 이용하여 자르거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 반대되는 개념이다.
현재까지 다양한 3차원 프린터가 개발되었으며 그 중에서 용융 침착 모델링 방식(Fused Deposition Modeling:FDM)이 대표적인 방법이다. 용융 침착 모델링 방식(Fused Deposition Modeling:FDM)은 가는 필라멘트 형태의 열가소성물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하는 방식으로 적층한다. 노즐은 플라스틱을 녹일 수 있을 정도의 고열을 발산하며 플라스틱은 상온에서 경화될 수 있어야 한다. 3차원 프린터를 구현하는 다른 방식에 비해 장치의 구조와 작동방식이 간단하기 때문에 장비 가격과 유지보수 비용이 낮다는 장점이 있다.
그러나, 노즐을 통하여 용융된 재료를 사출하여 형상을 제조하기 때문에 프린팅 구조의 정밀도가 제한적이며, 조도가 떨어진다는 단점이 존재한다.
또한, 사용가능한 재료 범위가 플라스틱에 한정된다는 단점도 존재한다.
이를 위해, 금속 재료를 이용한 3차원 구조물을 가공하기 위해 베드를 만들고 베드 안에 금속 파우더들을 레이저로 소결하는 방식을 적용하고 있지만, 모든 면적에 대해 균일하게 소성하는 문제점이 발생한다.
따라서, 현재까지 알려진 바에 따르면 최소 정밀도가 통상 수십 마이크로미터 정도로 제한된다.
더불어 노즐의 움직임만으로는 다양한 크기의 패턴을 용이하게 구현하는 것이 어렵다는 단점도 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용융 침착 모델링 방식을 채택하면서도 정교한 3차원 형상을 인쇄할 수 있는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 복수개의 패턴층을 순차적으로 적층하여 3차원 형상을 구현하는 3차원 인쇄 장치에 있어서, 고체 상태의 피인쇄물질을 제공받으며, 내부에서 고체 상태의 피인쇄물질을 용융시킴으로써 기판 또는 상기 기판 상측에 형성되는 패턴층을 향하여 액체 상태의 피인쇄물질을 토출하는 노즐부; 상기 노즐부 측으로 고체 상태의 액체를 제공하는 저장부; 상기 노즐부 내부에서 고체 상태의 액체가 액체 상태의 액체로 용융되도록 상기 노즐부를 가열하는 가열부; 상기 기판과 상기 노즐부 사이에 전기장을 형성하되, 상기 노즐부로부터 액체 상태의 피인쇄물질이 토출되도록 상기 노즐부에 전압을 인가하는 전압공급부; 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 조절하도록 상기 노즐부에 인가되는 전압의 세기를 제어하는 제어부;를 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 노즐부와 연결되며, 상기 노즐부를 상기 기판에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동시키거나 또는 상기 기판과 나란한 방향을 따라 이동시키는 노즐이송부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판과 상기 노즐부 사이에 마련되고 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질이 통과하며 접지되거나 또는 전압을 인가받음으로써 액체 상태의 피인쇄물질의 토출을 안내하는 가이드 전극;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐부의 온도 정보를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 제공받은 상기 노즐부의 온도 정보를 토대로 상기 가열부를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로 상에 설치되고, 액체 상태의 피인쇄물질이 통과하도록 중공이 형성되며, 상기 중공을 통과하는 액체 상태의 피인쇄물질을 집속시키거나 또는 상기 기판의 기설정된 영역상에 착탄되도록 상기 중공 내부에 자기장을 형성하는 자기장 발생부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 자기장 발생부에 의해 형성되는 자기장의 세기를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판과 상기 노즐부를 전기적으로 연결하며, 상기 기판과 상기 노즐부 사이의 전류정보를 측정하는 전류 측정부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기장 발생부는 나선방향을 따라 연장되며 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 둘러싸는 코일부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기장 발생부는 상기 코일부를 내부에 수용하며, 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 마주보는 내측면의 일부 또는 전부를 개방하는 개방부가 형성되는 케이스;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 개방부는 개방되는 영역이 조절가능하게 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판 또는 상기 기판에 형성된 패턴층에 착탄되는 액체 상태의 피인쇄물질을 경화시켜 패턴층을 형성하는 경화부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화부를 통해 경화된 패턴층의 형상정보를 저장하는 형상획득부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 형상획득부로부터 상기 형상정보를 제공받아 상기 자기장발생부를 통해 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화부는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기본적으로 용융 침착 모델링 방식으로 3차원 형상을 인쇄하기 때문에 제조 비용을 최소화할 수 있는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치가 제공된다.
또한, 장치가 단순하므로 대형화가 용이하고 다양한 분야에 적용가능하다.
또한, 전기장을 통해 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 자유롭게 조절함으로써 기존의 용융 침착 모델링 방식으로는 인쇄하기 어려운 복잡한 3차원 형상을 용이하게 인쇄할 수 있다.
또한, 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 착탄정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 3은 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 자기장발생부를 개략적으로 도시한 절개사시도이고,
도 4는 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치을 통해 인쇄된 3차원 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 6은 도 5에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법을 통해 인쇄된 패턴에 대한 사진이고,
도 7은 도 5에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법에서 노즐부에 인가되는 전압의 세기를 달리하면서 인쇄한 패턴에 대한 사진이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 자기장발생부에 의해 피인쇄물질의 유동경로가 변경되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 복수개의 자기장발생부에 의해 피인쇄물질이 직진하며 토출되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 드랍 온 디맨드 방식에 의해 액적을 분사하는 경우에 자기장 발생부에 의해 액적이 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 노즐부가 연속 젯 방식에 의해 액적을 분사하는 경우에 자기장 발생부에 의해 유체의 유동경로가 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치(100)은 용융 침착 모델링(Fused Deposition Modeling) 방식을 이용하면서도 3차원 인쇄물(M)을 정교하게 구현할 수 있는 것으로서, 노즐부(110)와 저장부(120)와 가열부(121)와 전압공급부(122)와 노즐이송부(130)와 가이드 전극(140)과 전류측정부(150)와 자기장발생부(160)와 제어부(170)를 포함한다.
도 2는 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 노즐부(110)는 기판(S)을 마주보게 배치되며, 후술할 저장부(120)로부터 고체 상태의 피인쇄물질을 제공받아 이를 용융시킨 후 액체 상태의 피인쇄물질로 기판(S) 또는 기판(S)에 형성된 패턴층(10)을 향하여 토출하는 것이다.
여기서, 노즐부(110)는 고체 상태의 피인쇄물질이 유입되는 개구부(111)와 액체 상태의 피인쇄물질이 토출되는 토출부(112)와 내부에 단열밀폐되어 유입되는 고체 상태의 피인쇄물질을 가열 및 용융시켜 액체 상태의 피인쇄물질로 상변화시킬 수 있는 유동로(113)가 형성될 수 있다. 다만, 이러한 구성에 제한되는 것은 아니며, 용융 침착 모델링(FDR) 방식을 구현할 수 어떠한 구성도 여기에 해당할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 노즐부(110)는 후술할 전압공급부(120)로부터 전압을 인가받아 액체 상태의 피인쇄물질이 전하를 포함한 상태로 토출되도록 하는, 즉, 정전기력(electrostatic force)에 의해 액체 상태의 피인쇄물질이 토출되도록 하는 방식을 채택한다.
이에 따라, 노즐부(110)는 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 점도에 따라 분사방식이 상이해질 수 있다. 더 자세히 설명하면, 액체 상태의 피인쇄물질의 점도가 충분히 낮다면 액체 상태의 피인쇄물질을 액적(drop) 상태로 분사하는 드랍 온 디맨드(drop-on-demand) 방식으로 토출할 수 있으며, 액체 상태의 피인쇄물질의 점도가 충분히 높다면 액체 상태의 피인쇄물질을 전기방사(electrospinning)함으로써 연속젯을 형성하여 패터닝하는 연속젯 방식으로 토출할 수 있다.
드랍 온 디맨드 방식은 필요한 경우에만 분사용액 입자를 날려보내는 방식의 프린팅으로써, 노즐의 크기보다 더 작은 액적을 생성할 수 있으며, 1 ㎛ 수준의 액적도 토출할 수 있게 된다.
연속젯 방식은 전기방사(electrospinning)를 통해 노즐부(110)로부터 액체 상태의 피인쇄물질을 연속적으로 분사하는 방식으로, 액체 상태의 피인쇄물질은 일정 범위 내에서는 노즐부(110)로부터 연장되는 직선을 따라 분사되는 직선 젯(straight jet) 경로를 따라 유동하며, 이 범위를 벗어나면 나선 또는 콘 형상으로 이동하는 스피닝 젯(spinning jet) 경로를 따라 유동하게 된다.
상기 저장부(120)는 고체 상태의 피인쇄물질을 저장하며, 이를 노즐부(110) 측으로 제공하는 것이다. 여기서, 고체 상태의 피인쇄물질은 필라멘트의 형태로 마련되어 저장부(120)에 권취된 상태로 저장될 수 있다. 즉, 필라멘트 형태로 권취된 고체 상태의 피인쇄물질은 저장부(120)로부터 권출되면서 노즐부(110) 측으로 제공될 수 있다.
상기 가열부(121)는 노즐부(110)의 유동로(113) 측에서 고체 상태의 피인쇄물질이 액체 상태의 피인쇄물질로 용융되도록 노즐부(110) 측으로 열을 제공하는 것이다.
여기서, 가열부(121)는 고체 상태의 피인쇄물질의 용융점보다 노즐부(110)의 온도가 더 높은 상태에 있도록 노즐부(110)를 가열해야만 하며, 고체 상태의 피인쇄물질의 유입속도, 액체 상태의 피인쇄물질의 유동량 등을 고려하여 노즐부(110)를 적절히 가열한다.
한편, 가열부(121)는 노즐부(110)의 온도를 가열시키는 수단이면 충분하며, 그 형상이나 배치 등에 제한되는 것은 아니다.
상기 전압공급부(122)는 노즐부(110)에 전압을 공급하는 것으로서, 액체 상태의 피인쇄물질이 기판(S) 또는 기판(S)에 형성된 패턴층(10) 측으로 토출되도록 기판(S)과 노즐부(110) 사이에 전기장을 형성한다.
여기서, 단순히 노즐부(110)를 통해 액체 상태의 피인쇄물질을 토출시키는 것보다 전압공급부(122)로부터 인가되는 전압을 통해 전기장을 형성하여 액체 상태의 피인쇄물질을 토출시키는 것이 대략 1/5 정도까지 미세한 선폭의 구현이 가능하다.
즉, 기판(S)과 노즐부(110) 사이에 형성되는 전기장의 세기를 적절히 조절함으로써 노즐부(110)로부터 얇은 선폭 또는 두꺼운 선폭으로 액체 상태의 피인쇄물질의 토출이 가능하며, 이는 결국, 3차원 형상(M)의 정밀도가 종래의 용융 침착 모델링 방식만을 이용하는 경우보다 5배 이상 향상될 수 있다.
또한, 기판(S)과 노즐부(110) 사이에 더 큰 전위차가 발생하도록 기판(S)은 접지되거나 노즐부(110)에 인가되는 전압과 다른 극성의 전압이 인가될 수 있다.
한편, 전압공급부(122)를 통해 노즐부(110)에 인가되는 전압은 직류전압, 교류전압의 형태 또는 이들의 적절한 조합이 될 수 있다.
상기 노즐이송부(130)는 노즐부(110)가 장착되며, 노즐부(110)를 기판(S)에 근접시키거나 멀어지는 방향으로 이동시키거나 기판(S)과 나란한 방향을 따라 이동시키는 부재이다.
즉, 노즐이송부(130)를 통해 인쇄하고자 하는 기판(S)의 소정 영역 또는 기판(S)에 형성된 패턴층(10)의 소정 영역과 노즐부(110)가 서로 마주보도록 노즐부(110)를 이동시킬 수 있고, 노즐부(110)와 기판(S) 사이의 이격 간격을 조절할 수 있다.
여기서, 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격을 조절하는 것은, 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격이 액체 상태의 유체가 드랍 온 드맨드 방식으로 토출되는지 아니면 연속 젯 방식으로 토출되는지를 결정하는 요소이기 때문이다. 즉, 노즐이송부(130)를 통해 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질이 드랍 온 드맨드 방식으로 토출되는지 아니면 연속 젯 방식으로 토출되는지를 결정할 수 있다.
상기 가이드 전극(140)은 노즐부(110)와 기판(S) 사이에 마련되어 노즐부(110)로부터 액체 상태의 유체가 원활히 토출되도록 하는 전극이다. 즉, 접지되거나 외부로부터 전압을 인가받되, 노즐부(110)와의 사이에서 전위차를 발생시켜 액체 상태의 피인쇄물질이 추가적인 힘을 받아 토출되도록 한다.
여기서, 노즐부(110), 가이드 전극(140) 및 기판(S)은 전압의 세기가 순차적으로 정렬되는 것이 바람직하다.
상기 전류측정부(150)는 기판(S)과 노즐부(110)를 전기적으로 연결하며, 기판(S)과 노즐부(110) 사이에 유동하는 전류에 대한 정보를 측정하는 부재이다. 이러한 전류 정보를 이용하여 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질이 적절히 기판(S)에 착탄되는지 확인할 수 있다.
도 3은 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 자기장발생부를 개략적으로 도시한 절개사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 자기장 발생부(160)는 기판(S) 측으로 분사되는 액체 상태의 피인쇄물질에 자기장을 인가하여 액체 상태의 피인쇄물질을 집속된 상태로 기판(S) 측으로 직진시키거나 기판(S)의 기설정된 영역 상에 착탄되도록 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 조절하는 부재로서, 본 발명의 일실시예에서는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 둘러싸도록 나선방향을 따라 연장되는 코일부(161)로 구비된다. 여기서, 코일부(161)는 솔레노이드 코일(solenoid coil)로 마련될 수 있다.
여기서, 코일부(161)의 내부 공간, 즉, 중공(164)을 통과하는 유체에 의해 코일부(161)에 자기장이 발생되며, 이러한 자기장은 다시 중공(164)을 통과하는 유체에 영향을 미친다.
이러한 코일부(161)를 통과하며, V의 속도로 유동하는 유체에 가해지는 힘은 F = - q*V*B로 표현되는 로렌츠의 힘에 의해 설명될 수 있으며, 이는 주지한 이론이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
코일부(161)의 내부 영역을 통과하는 액체 상태의 피인쇄물질은 코일부(161)의 자기장의 영향을 받아 코일부(161)의 중심축을 향하도록 유동방향이 변경된다.
따라서, 액체 상태의 피인쇄물질이 자기장의 영향을 받은 상태에서 기판(S) 측으로 유동하면, 소정의 일점(C)에서 집중되고, 일점(C)으로부터 더 유동하면 코일부(161)의 중심축의 방사방향을 따라 분산된다.
이처럼, 코일부(131)의 내부 공간을 통과하는 액체 상태의 피인쇄물질은 자기장에 의해 로렌츠의 힘을 받게 되면 액체 상태의 피인쇄물질의 유동방향이 변경되고, 액체 상태의 피인쇄물질이 집중되는 일점(C)이 기판(S) 상에 위치하도록 기판(S)과 자기장 발생부(130) 사이의 이격거리 또는 자기장 발생부(160)로부터 발생되는 자기장의 세기 등을 조절한다면 노즐부(110)로부터 분사되는 유체가 기판(S)의 특정 영역에 착탄되도록 할 수 있다.
액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 따라 자기장 발생부(160)를 복수개 배치한다면, 액체 상태의 피인쇄물질은 코일부(161)의 중심축을 따라 집중 및 분산되는 과정이 계속적으로 반복됨으로써 액체 상태의 피인쇄물질을 기판(S) 측으로 직진시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 코일부(161)을 내부에 수용하며, 노즐부(110)로부터 분사되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 마주보는 내측면의 일부 또는 전부를 개방하는 개방부(163)가 형성된 케이스(162)를 더 포함할 수 있다.
즉, 케이스(162)의 개방부(163)를 통해 코일부(161)가 외측으로 개방될 수 있고, 코일부(161)가 개방되는 영역을 조절함으로써 자기장이 형성되는 영역을 적절히 조절할 수 있으며, 이러한 자기장이 형성되는 영역의 조절을 통해 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로에 영향을 미칠 수 있는 자기장의 세기를 변경할 수 있고, 결국 코일부(161)의 중심축을 향하는 로렌츠의 힘의 크기를 변경함으로써 일점(C)의 형성 위치를 변경할 수 있다.
이러한 기능을 더 활발히 조절할 수 있도록, 케이스(162)는 개방부(163)에 의해 개방되는 영역을 적절히 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 제어부(170)는 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 조절하도록 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기를 제어하는 것이다. 본 발명에 있어서, 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭은 노즐부(110)와 기판(S) 사이에 형성되는 전기장의 세기와 관련되고, 노즐부(110)와 기판(S) 사이에 형성되는 전기장의 세기는 전압공급부(122)를 통해 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기와 관계되므로, 제어부(170)를 통해 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기를 조절하게 된다.
즉, 인쇄하고자 하는 3차원 형상(M)에 따라 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 적절히 조절해야 하며, 본 발명은 노즐부(110)와 기판(S) 사이에 형성되는 전기장의 세기를 조절함으로써 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 제어부(170)는 자기장 발생부(160)로부터 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 상술한 것과 같이, 자기장 발생부(160)로부터 형성되는 자기장의 세기는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로에 영향을 미치므로, 제어부(170)를 통해 자기장 발생부(160)로부터 형성되는 자기장의 세기를 조절함으로써 액체 상태의 피인쇄물질을 기판(S) 측으로 직진시키거나 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 변경하여 액체 상태의 피인쇄물질을 기판(S) 또는 패턴층(10) 상측의 소정위치로 착탄시킨다.
여기서, 제어부(170)는 상술한 전류측정부(150)로부터 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 전류정보를 제공받고, 이를 통해 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 전류량을 제어할 수 있다.
더 자세히 설명하면, 액체 상태의 피인쇄물질이 집속되는 일점(C)이 설정된 것보다 더 이르게 형성된 경우, 전류측정부(150)로부터 제공받은 전류정보를 통해 노즐부(110)와 기판(S) 사이의 전류량을 감소시켜, 액체 상태의 피인쇄물질이 집속되는 일점(C)의 형성위치를 더 지연시켜 기판(S) 측에 근접시킨다.
본 발명의 일실시예에서 제어부(170)는 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기를 변경함으로써 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 전류량을 조절하게 되나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 제어부(170)는 노즐이송부(130)의 움직임을 제어하여 노즐부(110)의 위치 등을 제어할 수 있다.
즉, 노즐이송부(130)를 통해 노즐부(110)의 초기 위치를 변경할 수 있고, 특히, 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격을 조절하여 액체 상태의 피인쇄물질의 토출 방식을 결정할 수 있고, 액체 상태의 피인쇄물질의 착탄위치를 조절할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 저장부(120)로부터 노즐부(110) 측으로 공급되는 고체 상태의 피인쇄물질 유동량 및 가열부(121)에 의해 노즐부(110) 가열량 등을 조절하여 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동량을 조절할 수 있다. 특히, 고체 상태의 피인쇄물질이 용융되는 시간을 적절히 조절하여 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동량을 조절할 수 있다.
더 나아가, 제어부(170)는 개방부(163)의 개방 정도를 적절히 제어함으로써 자기장의 형성 영역을 조절할 수도 있다.
한편, 노즐부(110)로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질을 상온에서 경화시켜 패턴층(10)을 형성할 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 별도의 경화부(180)를 구비하여 패턴층(10)의 형성속도, 즉 액체 상태의 피인쇄물질의 경화 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 경화부(180)는 기판(S) 또는 패턴층(10) 상측에 제공된 유체를 경화시켜 새로운 패턴층(10)을 형성하는 것이다.
즉, 상온에 의해 액체 상태의 피인쇄물질이 경화되기를 기다린다면, 경화되는데 소요되는 시간이 증가하고, 또한, 기판(S) 또는 패턴층(10) 상에 충분히 경화되지 못한 액체 상태의 피인쇄물질을 순차적으로 적층한다면, 액체 상태의 피인쇄물질은 형태를 유지하지 못하고 붕괴될 염려가 크므로, 이를 경화시켜 소정의 지지력을 발생시킬 필요가 있다.
따라서, 기판(S) 상부에 제공된 액체 상태의 피인쇄물질을 경화부(180)를 통해 경화시켜 소정의 하중에 대한 지지력이 기대할 수 있는 제1 패턴층(11)을 형성하고, 다시 제1 패턴층(11) 상부에 제공된 액체 상태의 피인쇄물질을 경화부(180)를 통해 경화시킴으로써 제2 패턴층(12)을 형성하며, 이를 3차원 형상(M)을 인쇄할 때까지 반복한다.
다시 설명하면, 각각의 패턴층(10)의 일부 또는 전부에 대응되는 액체 상태의 피인쇄물질이 기판(S) 또는 패턴층(10) 상에 제공된 상태에서 경화부(180)를 통해 경화시킴으로써 패턴층(10)이 소정의 지지력을 갖도록 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 경화부(180)는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중에서 어느 하나의 방식을 이용하여 액체 상태의 피인쇄물질을 경화시킬 수 있으며, 이 외에도 주지한 경화 방식을 이용할 수 있음은 당연하다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 패턴층(10)의 3차원 형상 정보를 촬영하는 형상측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
즉, 형상측정부(미도시)는 기판(S) 상측에 기형성된 패턴층(10)의 3차원 형상 정보를 측정하고, 패턴층(10)의 상측으로 액체 상태의 피인쇄물질이 정확하게 제공될 수 있도록 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 안내하게 된다.
더 나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 형상기억부(미도시)는 인쇄하고자 하는 3차원 형상(M)의 원형을 촬영하고 이의 이미지를 저장할 수 있다. 즉, 3차원 형상(M)의 원형 이미지와 패턴층(10)의 3차원 형상 정보를 비교함으로써 본 발명을 통해 인쇄물이 3차원 형상의 원형과 동일하도록 인쇄할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 노즐부(110)의 온도를 측정하는 온도 센서(190)를 더 포함할 수 있다. 액체 상태의 피인쇄물질은 노즐부(110)로부터 토출시의 온도에 따라 물리적 성질이 변동하므로 노즐부(110) 내부에서 고체 상태의 피인쇄물질을 용융시키는 동안 노즐부(110)의 온도는 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 온도 센서(190)를 통해 노즐부(110)의 온도를 측정하게 되며, 노즐부(110)의 온도가 일정하게 유지되지 못하는 경우, 예컨대, 급격히 온도가 저하되거나 급격하게 온도가 증가하는 경우, 제어부(170)가 가열부(121)의 작동을 제어하여 노즐부(110)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
지금부터는 상술한 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 일실시예의 작동방법에 대하여 설명한다.
이를 설명하기에 앞서, 3차원 형상 인쇄방법에 대하여 간단히 설명한다.
도 4는 도 1에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치을 통해 인쇄된 3차원 형상을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 3차원 형상(M)을 인쇄하는 경우, 높이방향을 따라 3차원 형상(M)을 복수개의 패턴층으로 구획하고, 각각의 패턴층을 순차적으로 형성함으로써 3차원 형상(M)을 구현하게 된다. 즉, 도 4와 같이 높이방향을 따라 복수개의 패턴층이 적층됨으로써 전체적으로 3차원 형상(M)이 인쇄된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법은 용융 침착 모델링 방식을 채택하면서도 종래의 용융 침착 모델링 방식으로는 달성하기 어려운 정교한 인쇄를 구현할 수 있는 것으로서, 형상 저장 단계(S110)와 제1 잉크 제공단계(S120)와 제1 경화단계(S130)와 제2 잉크 제공단계(S140)와 제2 경화단계(S150)와 반복단계(S160)를 포함한다.
상기 형상 저장 단계(S110)는 사용자가 구현하고자 하는 3차원 형상을 저장하는 단계이다. 형상 저장 단계(S110)를 통해 3차원 입체물의 형상이미지를 저장함으로써 노즐부(110)로부터 분사될 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 미리 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 형상획득부(미도시)를 통해 이러한 작동을 구현할 수 있고, 형상획득부(미도시)를 통해 획득한 3차원 형상의 이미지와 패턴층(10)의 이미지를 비교하여 3차원 형상의 인쇄 상태를 파악할 수 있다.
상기 제1 잉크 제공단계(S120)는 3차원 형상과 대응되게 기판(S) 상측에 액체 상태의 피인쇄물질을 제공하는 단계이다. 즉, 제1 잉크 제공단계(S120)는 기판(S) 상측에 제1 패턴층(11)을 형성하도록 액체 상태의 피인쇄물질을 제공하는 단계이다.
여기서, 제1 잉크 제공단계(S120)는 제1 패턴층(11)이 3차원 형상과 대응되도록 자기장 발생부(160)을 통해 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 적절히 조절한다.
본 발명의 일실시예에서 피인쇄물질의 분사과정은 용융 침착 모델링(FDM) 방식으로 구현되므로, 상기 과정은 고체피인쇄물질 공급단계(S121)와 용융단계(S122)와 액체피인쇄물질 토출단계(S123)를 포함한다.
상기 고체잉크 공급단계(S121)는 저장부(120)에 저장된 고체 상태의 피인쇄물질을 노즐부(110) 측으로 제공하는 단계이다. 본 발명의 일실시예에서 고체 상태의 피인쇄물질은 열가소성 물질로 이루어지고, 필라멘트 형식으로 마련되며, 저장부(120)에 권취된 상태이므로, 제어부(170)에 의해 고체 상태의 피인쇄물질의 권출 속도가 조절되어 노즐부(110) 측에 공급된다.
상기 용융단계(S122)는 노즐부(110)에 공급된 고체 상태의 피인쇄물질을 가열하여 용융시키는 단계이다. 기재를 통해 소정의 형상을 구현하기 위해서는 피인쇄물질은 적어도 액체 상태이어야 하며, 본 발명의 일실시예에서 노즐부(110)에 제공되는 피인쇄물질은 고체 상태이므로 이를 용융시킬 필요가 있다.
상기 액체잉크 토출단계(S123)는 용융단계(S122)를 통해 용융된 액체 상태의 피인쇄물질을 기판(S) 또는 기판(S)에 형성된 패턴층(10)으로 토출하는 단계이다.
상기 제1 경화단계(S130)는 제1 피인쇄물질제공단계(S120)를 통해 기판(S) 상에 제공된 유체를 경화시켜 제1 패턴층(11)을 형성하는 단계이다.
한편, 상술한 제1 경화단계(S130)는 액체 상태의 피인쇄물질을 단순히 상온에서 경화시킬 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 별도의 경화부(180)를 통해 경화시키는 것으로 설명한다. 다만, 별도의 경화부(180)를 통해 경화시키는 것으로 본 발명의 권리범위가 해석되어서는 안 된다.
여기서, 제1 경화단계(S130)는 제1 잉크 제공단계(S120)가 완료된 이후에 수행되거나 또는 제1 잉크 제공단계(S120)가 수행되는 도중에 진행될 수 있다.
즉, 제1 잉크 제공단계(S120)를 통해 제1 패턴층(11)에 대응되게 액체 상태의 피인쇄물질을 기판(S) 측에 제공한 후, 제1 경화단계(S130)를 통해 유체를 경화시켜 제1 패턴층(11)을 형성할 수 있다.
또는, 제1 잉크 제공단계(S120)를 수행하는 도중에 기판(S)에 제공이 완료된 액체 상태의 피인쇄물질을 선택적으로 경화시켜 제1 피인쇄물질제공단계(S120)와 제1 경화단계(S130)가 완료되는 시점을 단축시킬 수 있다.
상기 제2 피인쇄물질제공단계(S140)는 패턴층(10) 상측에 액체 상태의 피인쇄물질을 제공하는 단계이다. 여기서, 패턴층(10)은 제1 경화단계(S130)를 통해 형성된 제1 패턴층(11) 일수도 있고, 후술할 제2 경화단계(S150)를 통해 형성되며, 제1 패턴층(11) 상측에 형성되는 제2 패턴층(12) 아니면 그 외의 패턴층일 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 3차원 형상을 높이방향을 따라 복수개의 영역으로 구획하고, 복수개의 영역과 대응되는 복수개의 패턴층을 각각의 공정을 통해 적층시킴으로써 3차원 형상을 인쇄하며, 제2 잉크 제공단계(S140)는 기판(S) 측에 최초로 형성된 제1 패턴층(11)을 제외한 나머지 패턴층에 대응되는 패턴층을 형성하는 액체 상태의 피인쇄물질을 제공하는 단계로 볼 수 있다.
한편, 제2 잉크 제공단계(S140)도 상술한 제1 잉크 제공단계(S120)와 같이 고체잉크 공급단계(S141)와 용융단계(S142)와 액체잉크 토출단계(S143)를 포함할 수 있다.
상기 제2 경화단계(S150)는 상술한 제2 잉크 제공단계(S140)를 통해 패턴층(10) 상에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층(10)을 형성하는 단계이다.
본 단계에서의 패턴층(10)의 의미도 상술한 제2 잉크 제공단계(S140)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
상기 반복단계(S160)는 제2 잉크 제공단계(S140) 및 제2 경화단계(S150)를 반복하여 3차원 형상을 인쇄하는 단계이다.
상술한 것과 같이, 제2 잉크 제공단계(S140) 및 제2 경화단계(S150)는 반복단계(S160)를 통해 제1 패턴층(11)을 제외한 다른 패턴층을 인쇄하게 되며, 반복단계(S160)가 완료된 시점에서 3차원 형상의 인쇄도 완료된다.
지금부터는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법(S100)를 이용하여 3차원 형상의 인쇄를 실시한 결과에 대하여 설명한다.
도 6은 도 5에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법을 통해 인쇄된 패턴에 대한 사진이다.
도 6을 참조하면, 본 실험에서는 피인쇄물질의 소재로서 폴리 유산(Poly Lactic Acid:PLA)를 사용하였으며, 전압공급부(122)를 통해 노즐부(110)에 인가되는 전압은 1kv 내지 1.5kv, 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격은 300㎛ 내지 600㎛, 인쇄 속도는 1㎜/s 내지 3㎜/s인 상태를 유지하며 인쇄를 실시하였고, 종래의 용융 침착 모델링(FDM) 방식만을 이용한 경우보다 더 미세한 선폭의 패턴을 형성할 수 있었고, 이를 통해 정교한 3차원 형상일지라도 용이하게 인쇄할 수 있었다.
또한, 전압공급부(122)를 통해 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기를 각각 10kV, 15kV 및 20kV로 설정한 상태에서 노즐부(110)로부터 토출되는 피인쇄물질의 선폭을 검사하였고, 그 결과는 하기와 같다.
전압의 세기 선폭
10kV 1.35 ± 0.48 ㎛
20kV 1.59 ± 0.51 ㎛
30kV 1.58 ± 0.48 ㎛
도 7은 도 5에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법에서 노즐부에 인가되는 전압의 세기를 달리하면서 인쇄한 패턴에 대한 사진으로 도 7(a)는 10kV의 전압이 인가된 경우, 도 7(b)는 15kV의 전압이 인가된 경우, 도 7(c)는 20kV의 전압이 인가된 경우에 대한 사진이다.
도 7을 참조하면, 상술한 표와 같이 노즐부(110)에 인가되는 전압의 세기가 변경됨에 따라 기판(S)상으로 토출되는 피인쇄물질의 선폭이 변경되는 것을 알 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치(100)에서 자기장 발생부(160)를 이용하여 액체 상태의 피인쇄물질을 집속시키거나 또는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 조절하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치(100)를 통해 액체 상태의 피인쇄물질을 집속시켜 직진성을 향상시키는 방법에 대하여 설명한다.
분사되는 유체의 직진성을 향상시키는 경우, 노즐부(110)가 드랍 온 디맨드 방식 또는 연속 젯 방식 중 어느 방식으로 유체를 분사해도 무방하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 자기장발생부에 의해 피인쇄물질의 유동경로가 변경되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 노즐부(110)로부터 분사된 액체 상태의 피인쇄물질은 자기장 발생부(160)의 중공(164)을 통과하는 동안 자기장 발생부(160)로부터 형성되는 자기장의 영향을 받게 되며, 특히, 자기장 발생부(160)의 중심축 방향으로 힘을 받게 된다. 이러한 힘의 방향은 플레밍의 왼속법칙에 따라 결정되므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 복수개의 자기장발생부에 의해 피인쇄물질이 직진하며 토출되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 피인쇄물질은 일점(C)으로부터 기판(S) 측으로 더 유동할 경우, 자기장 발생부(160)의 중심축으로부터 방사방향을 따라 확산되므로 일점(C)이 기판(S) 상에 형성되게 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격을 조절하거나, 피인쇄물질의 유동경로를 따라 복수개의 자기장 발생부(130)를 배치하여 자기장 발생부(130)의 중심축으로부터 확산된 피인쇄물질을 반복적으로 집속시킬 수 있다.
결국, 상술한 과정을 거쳐 노즐부(110)를 통해 분사된 피인쇄물질을 집속시킴으로써 자기장 발생부(130)의 중심축을 따라 직진한 것과 동일한 효과를 기대할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 드랍 온 디맨드 방식에 의해 액적을 분사하는 경우에 자기장 발생부에 의해 액적이 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10을 참조하여, 드랍 온 디맨드 방식에 의해 유체를 분사한다면 기판(S) 측으로 향하는 힘과 자기장 발생부(160)의 중심축을 향하는 힘이 합성되어 피인쇄물질은 소정의 경사각을 형성하며 자기장 발생부(160)의 중심축을 향하여 유동하고, 결국 상술한 일점(C) 상에서 집속된다.
더 나아가, 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에 의해 분사되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 변경하여 피인쇄물질이 기판(S)의 소정 위치에 착탄되도록 하는 방법에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치에서 노즐부가 연속 젯 방식에 의해 액적을 분사하는 경우에 자기장 발생부에 의해 유체의 유동경로가 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 노즐부(110)는 연속 젯 방식에 의해 유체를 연속적으로 분사하며, 직선 젯(straight jet) 경로를 따라 유동하는 피인쇄물질을 이용하는 경우, 피인쇄물질이 자기장의 영향을 받으면 자기장 발생부(160)의 중심축을 향하는 힘이 발생하여 피인쇄물질의 유동경로가 변경된다는 점을 이용하여 기판(S)과 노즐부(110) 사이의 이격 간격, 자기장의 세기 등을 조절하여 피인쇄물질의 착탄 위치를 변경할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10: 패턴층
100: 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치
110: 노즐부 120: 저장부
121: 가열부 122: 전압공급부
130: 노즐이송부 140: 가이드전극
150: 전류측정부 160: 자기장발생부
170: 제어부 180: 경화부
190: 온도센서
S100: 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치의 작동방법
S110: 형상 저장 단계 S120: 제1 잉크 제공단계
S130: 제1 경화단계 S140: 제2 잉크 제공단계
S150: 제2 경화단계 S160: 경화단계

Claims (12)

  1. 복수개의 패턴층을 순차적으로 적층하여 3차원 형상을 구현하는 3차원 인쇄 장치에 있어서,
    고체 상태의 피인쇄물질을 제공받으며, 내부에서 고체 상태의 피인쇄물질을 용융시킴으로써 기판 또는 상기 기판 상측에 형성되는 패턴층을 향하여 액체 상태의 피인쇄물질을 토출하는 노즐부;
    상기 노즐부 측으로 고체 상태의 액체를 제공하는 저장부;
    상기 노즐부 내부에서 고체 상태의 액체가 액체 상태의 액체로 용융되도록 상기 노즐부를 가열하는 가열부;
    상기 기판과 상기 노즐부 사이에 전기장을 형성하되, 상기 노즐부로부터 액체 상태의 피인쇄물질이 토출되도록 상기 노즐부에 전압을 인가하는 전압공급부;
    상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 선폭을 조절하도록 상기 노즐부에 인가되는 전압의 세기를 제어하는 제어부;를 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부와 연결되며, 상기 노즐부를 상기 기판에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동시키거나 또는 상기 기판과 나란한 방향을 따라 이동시키는 노즐이송부;를 더 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 노즐부 사이에 마련되고 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질이 통과하며 접지되거나 또는 전압을 인가받음으로써 액체 상태의 피인쇄물질의 토출을 안내하는 가이드 전극;을 더 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부의 온도 정보를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 제공받은 상기 노즐부의 온도 정보를 토대로 상기 가열부를 제어하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로 상에 설치되고, 액체 상태의 피인쇄물질이 통과하도록 중공이 형성되며, 상기 중공을 통과하는 액체 상태의 피인쇄물질을 집속시키거나 또는 상기 기판의 기설정된 영역상에 착탄되도록 상기 중공 내부에 자기장을 형성하는 자기장 발생부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 자기장 발생부에 의해 형성되는 자기장의 세기를 조절하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판과 상기 노즐부를 전기적으로 연결하며, 상기 기판과 상기 노즐부 사이의 전류정보를 측정하는 전류 측정부;를 더 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 나선방향을 따라 연장되며 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 둘러싸는 코일부;를 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 코일부를 내부에 수용하며, 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 마주보는 내측면의 일부 또는 전부를 개방하는 개방부가 형성되는 케이스;를 더 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 개방부는 개방되는 영역이 조절가능하게 마련되는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 또는 상기 기판에 형성된 패턴층에 착탄되는 액체 상태의 피인쇄물질을 경화시켜 패턴층을 형성하는 경화부;를 더 포함하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 경화부를 통해 경화된 패턴층의 형상정보를 저장하는 형상획득부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 형상획득부로부터 상기 형상정보를 제공받아 상기 자기장발생부를 통해 상기 노즐부로부터 토출되는 액체 상태의 피인쇄물질의 유동경로를 제어하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 경화부는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중 어느 하나를 이용하는 정전기력을 이용한 용융 침착 모델링 인쇄 장치.



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